JP2009083171A - Droplet discharge head and droplet discharge apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はインクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head such as an inkjet head, and a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head.
静電駆動方式のインクジェットヘッドでは、一般的にガラス等からなる電極基板に複数の溝を形成し、その溝内部にそれぞれ独立した個別電極(後述する振動板に対向した電極のため対向電極ともいう)を形成して、該個別電極をインク圧力室底面を構成する振動板と隙間を介して対峙させている。そして、振動板と個別電極間に電圧を印加して静電力を発生させて、振動板を個別電極側に吸引して撓ませ、それによる振動板の変形による圧力変化を利用してインクをノズルから吐出させる。 In an electrostatic drive type ink jet head, a plurality of grooves are generally formed in an electrode substrate made of glass or the like, and independent individual electrodes (also referred to as counter electrodes because they are electrodes facing a vibration plate described later) inside the grooves. ), And the individual electrodes are opposed to the diaphragm constituting the bottom surface of the ink pressure chamber through a gap. Then, an electrostatic force is generated by applying a voltage between the diaphragm and the individual electrode, and the diaphragm is sucked and bent toward the individual electrode, and ink is ejected from the nozzle using the pressure change caused by the deformation of the diaphragm. Discharge from.
上記のような平行平板型の静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタにおいては、効率的な駆動を実現し、低電圧でインク滴の体積を大きくすることが求められている。そのため従来より、静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極との隙間を非平行に構成することによって、より低電圧でより大きな振動板の変位を得るための工夫が提案されてきた。 In an ink jet printer using an ink jet head to which the above parallel plate type electrostatic actuator is applied, it is required to realize efficient driving and increase the volume of ink droplets at a low voltage. Therefore, conventionally, a device for obtaining a larger displacement of the diaphragm at a lower voltage has been proposed by configuring the gap between the diaphragm and the individual electrode constituting the electrostatic actuator to be non-parallel.
例えば、振動板の幅(短辺)方向に、個別電極に対応した駆動電極を階段状に構成したものが開示されている(例えば、特許文献1)。また、振動板の長さ(長辺)方向に、個別電極を階段状に構成し、ノズル部直下を一番浅くしたものが開示されている(例えば、特許文献2)。また、振動板の幅方向で、振動板の中央部が最も浅くなるようにしたものも開示されている(例えば、特許文献3)。さらに、振動板の長さ方向で、振動板の中央部が最も深くなり、且つ段差部分での振動板の挙動が連続的になるように構成されたものも開示されている(例えば、特許文献4)。
振動板をより効率的に駆動し高速化するためには、インクの挙動に合わせて振動板を駆動することが必要となる。しかしながら、上述の従来例に示された技術では、静電アクチュエータを構成しているインク圧力室底面の振動板の挙動と、駆動対象となるインク圧力室中のインクの挙動を一致させることが難しい構造となっている。すなわち、従来のインクジェットヘッドでは、静電アクチュエータの挙動を効率的に行うために、インク圧力室中のインクの動きに合わせて、振動板を駆動させるためのアクチュエータの構造的な提案はなされていなかった。 In order to drive the diaphragm more efficiently and increase the speed, it is necessary to drive the diaphragm in accordance with the behavior of the ink. However, with the technique shown in the above-described conventional example, it is difficult to match the behavior of the vibration plate on the bottom surface of the ink pressure chamber constituting the electrostatic actuator with the behavior of the ink in the ink pressure chamber to be driven. It has a structure. That is, in the conventional inkjet head, in order to efficiently perform the behavior of the electrostatic actuator, there has been no structural proposal of an actuator for driving the diaphragm in accordance with the movement of the ink in the ink pressure chamber. It was.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、液滴吐出用の静電アクチュエータを構成する圧力室底面の振動板を対向する電極に吸引する際、圧力室中のインクの動きに適合する静電アクチュエータの新たな構造を提案し、加えて振動板を高速に駆動できる静電アクチュエータを有した液滴吐出ヘッド、及びそれを備えた液滴吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and adapts to the movement of ink in the pressure chamber when the diaphragm on the bottom surface of the pressure chamber constituting the electrostatic actuator for discharging droplets is sucked to the opposing electrode. It is an object of the present invention to propose a new structure of an electrostatic actuator, and to provide a droplet discharge head having an electrostatic actuator capable of driving a diaphragm at high speed, and a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head.
本発明の液滴吐出ヘッドは、ノズルを有したノズル基板と、底面が静電力で変形可能な横長形状の振動板に形成されている圧力室を有し、圧力室の長手方向の一端側がノズル基板のノズルに連通し、その長手方向の他端側が吐出液を貯えるリザーバに連通したキャビティ基板と、個別電極を有し、個別電極が振動板に隙間を介して対向配置された電極基板とを備え、振動板と個別電極との隙間は、圧力室の長手方向の中間部と両端部とのそれぞれの間において、それぞれの間の中心部に行くに従って順次広くなっているものである。
この構成により、振動板をノズル連通側とリザーバ連通側の双方から同時に個別電極に当接させて、それらの両側から吐出液を圧力室内へ同時に素早く吸引できる。その結果、圧力室内の吐出液の動きに合わせて振動板を素早く個別電極側へ吸引し、振動板を効率的かつ高速に駆動できる。
また、振動板を個別電極に当接する際の負荷を小さくして、振動板を素早く個別電極に吸引することができるので、駆動電圧を低電圧化したり、応答性を損なうことなく、ノズルからの吐出液量を増やして、ヘッドの吐出能力の向上や動作の高速化が図れる。
The droplet discharge head of the present invention has a nozzle substrate having a nozzle and a pressure chamber formed on a horizontally long diaphragm whose bottom surface can be deformed by an electrostatic force, and one end side in the longitudinal direction of the pressure chamber is a nozzle. A cavity substrate that communicates with the nozzle of the substrate, and that the other end in the longitudinal direction communicates with a reservoir that stores discharge liquid, and an electrode substrate that has an individual electrode, and the individual electrode is disposed opposite to the diaphragm with a gap. The gap between the diaphragm and the individual electrode is gradually increased toward the central portion between the intermediate portion and both end portions in the longitudinal direction of the pressure chamber.
With this configuration, the diaphragm can be simultaneously brought into contact with the individual electrode from both the nozzle communication side and the reservoir communication side, and the discharged liquid can be quickly and simultaneously sucked into the pressure chamber from both sides. As a result, the diaphragm can be quickly sucked to the individual electrode side in accordance with the movement of the discharge liquid in the pressure chamber, and the diaphragm can be driven efficiently and at high speed.
In addition, since the load when the diaphragm is brought into contact with the individual electrode can be reduced and the diaphragm can be quickly sucked into the individual electrode, the drive voltage can be reduced and the response from the nozzle can be reduced without impairing the response. By increasing the amount of discharged liquid, the discharge capacity of the head can be improved and the operation speed can be increased.
また、上記液滴吐出ヘッドは、個別電極と振動板との隙間のうち、圧力室内の吐出液のイナータンスが圧力室のノズル連通側とリザーバ連通側とで等しくなる位置に対応する部分の隙間幅、及び圧力室の長手方向の両端部分の隙間幅を最も狭くしているものである。
このようにすることで、圧力室中のインクの挙動と振動板の変化とが合致するため、最も効率的に振動板を個別電極側に吸引できる。
なお、横長溝状の圧力室が長手方向の左右でほぼ対称である場合には、圧力室の長手方向の中間部分の隙間幅、及び圧力室の長手方向の両端部分の隙間幅を最も狭くするのが好ましい。
The droplet discharge head has a gap width in a portion corresponding to a position where the inertance of the discharge liquid in the pressure chamber is equal between the nozzle communication side and the reservoir communication side of the pressure chamber in the gap between the individual electrode and the diaphragm. , And the gap width at both end portions in the longitudinal direction of the pressure chamber is the narrowest.
By doing so, since the behavior of the ink in the pressure chamber matches the change of the diaphragm, the diaphragm can be sucked to the individual electrode side most efficiently.
When the horizontally elongated pressure chamber is substantially symmetrical in the left and right direction in the longitudinal direction, the gap width at the intermediate portion in the longitudinal direction of the pressure chamber and the gap width at both end portions in the longitudinal direction of the pressure chamber are minimized. Is preferred.
また、圧力室の長手方向の中間部とノズル連通側の長手方向端部との間における隙間の最大距離は、該中間部とリザーバ連通側の長手方向端部との間における隙間の最大距離より大きくしていることが好ましい。これは、圧力室のノズル側での振動板の変形量が大きく取れるようにしておくことで、ノズル部分のインクのメニスカスの引き込みに合わせた駆動制御が行い易くなるからである。 Further, the maximum distance of the gap between the longitudinal intermediate portion of the pressure chamber and the longitudinal end portion on the nozzle communication side is larger than the maximum distance of the gap between the intermediate portion and the longitudinal end portion on the reservoir communication side. It is preferable to make it large. This is because the amount of deformation of the diaphragm on the nozzle side of the pressure chamber can be made large so that it becomes easier to perform drive control in accordance with the ink meniscus drawing of the nozzle portion.
また、電極基板の個別電極が隙間に対応して階段状に段差を有して形成されているのが好ましい。電極基板の個別電極形成用溝をエッチングの繰り返しによって階段状に形成することは容易であり、その溝表面に電極材料を成膜するだけで、静電アクチェータを構成する電極基板が容易に形成できるからである。また、その電極基板をキャビティ基板と接合するだけで所定間隔の隙間を構成できるという効果も奏する。
なお、個別電極の階段状の隣り合う段差は、圧力室の長手方向の中間部と両端部とのそれぞれの間において、それぞれの間の中心部に行くに従って順次小さくなっていることが好ましい。これによれば、圧力室の長手方向の中間部及び両端部からそれらの間の中心部へ向かって、振動板が連続的になめらかに当接できるため、ノズルから吐出する吐出液量の制御が容易になるからである。
Moreover, it is preferable that the individual electrodes of the electrode substrate have a stepped shape corresponding to the gap. It is easy to form the individual electrode forming grooves of the electrode substrate in a stepped manner by repeating etching, and the electrode substrate constituting the electrostatic actuator can be easily formed only by forming an electrode material on the groove surface. Because. In addition, there is an effect that a gap with a predetermined interval can be formed by simply joining the electrode substrate to the cavity substrate.
In addition, it is preferable that the stepped adjacent steps of the individual electrodes are gradually reduced toward the central portion between the intermediate portion and both end portions in the longitudinal direction of the pressure chamber. According to this, since the diaphragm can continuously and smoothly contact from the middle part and both ends in the longitudinal direction of the pressure chamber toward the center part between them, the control of the amount of liquid discharged from the nozzle can be controlled. This is because it becomes easy.
本発明の液滴吐出装置は、その液滴吐出部に上記いずれかの液滴吐出ヘッドを備えたものであり、従って、上記液滴吐出ヘッドに関して述べた効果を奏することができる。 The droplet discharge device of the present invention is provided with any one of the above-described droplet discharge heads in the droplet discharge portion, and therefore, the effects described with respect to the droplet discharge head can be achieved.
実施の形態1
図1は、本発明の実施形態1に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを示す分解斜視図、図2は図1のインクジェットヘッドの圧力室長手方向に沿う縦断面図である。この例のインクジェットヘッド1は、キャビティ基板2、電極基板3及びノズル基板4が積層されて構成されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet head which is a liquid droplet ejection head according to
ノズル基板4はシリコン等からなり、例えば円筒状の第1のノズル孔6と、第1のノズル孔6と連通し、第1のノズル孔6よりも径の大きい円筒状の第2のノズル孔7を有するノズル8が複数形成されている。第1のノズル孔6は、インク吐出面(キャビティ基板2との接合面の反対面)に開口するように形成されており、第2のノズル孔7は、キャビティ基板2との接合面に開口するように形成されている。
The nozzle substrate 4 is made of silicon or the like. For example, a cylindrical first nozzle hole 6 communicates with the first nozzle hole 6 and has a cylindrical second nozzle hole having a diameter larger than that of the first nozzle hole 6. A plurality of
キャビティ基板2は、例えば単結晶シリコンからなり、圧力室13(インクを吐出させる作用を果たすためインク圧力室またはインク吐出室ともいう)となる横長溝状の凹部が複数形成されている。圧力室13を構成する壁面の1つである底壁は、上記凹部に対応した横長形状(通常は長方形)であり、静電力で変形可能な可撓性を有する振動板12として形成されている。キャビティ基板2には、各圧力室13にインクを供給するためのリザーバ14となる1つの凹部が形成されている。そして、圧力室13の長手方向の一端側がノズル基板4のノズル8に連通し、長手方向の他端側には吐出用のインクを貯えているリザーバ14に連通するオリフィス15が形成されている。そして、リザーバ14にはそこへインクを供給するインク供給口17Aが形成されている。
The
キャビティ基板2の電極基板3が接合される側の面には、酸化シリコンや酸化アルミニウム等からなる絶縁膜(図示せず)が形成されている。この絶縁膜は、インクジェットヘッド1の駆動時の絶縁破壊やショートを防止するためのものである。またキャビティ基板2のノズル基板4が接合される側の面には、酸化シリコン等からなる耐液滴保護膜(図示せず)が形成されている。この耐液滴保護膜は、圧力室13やリザーバ14の内部の吐出液によりキャビティ基板2がエッチングされるのを防止するためのものである。
An insulating film (not shown) made of silicon oxide, aluminum oxide or the like is formed on the surface of the
電極基板3は、例えばホウ珪酸ガラスからなり、横長形状の複数の電極形成用溝19内にそれぞれ独立した電極である個別電極18が形成されている。電極基板3は、その個別電極18をキャビティ基板2の振動板12と隙間20を介して対向させた状態で、キャビティ基板2と接合されている。この振動板12と個別電極18とが、インクジェットヘッド1の静電アクチュエータを構成している。
振動板12と個別電極18との隙間20は、図2に示すように、圧力室13の長手方向の中間部とその両端部との間において、該中間部と各端部とのそれぞれの間の中心部に行くに従って広くなっている。
The
As shown in FIG. 2, the
電極基板3にはさらに、キャビティ基板2のインク供給口17Aに連通するインク供給口17Bが形成されている。このインク供給口17Bは、リザーバ14に吐出液であるインクを外部から供給するために設けられている。また、キャビティ基板2と電極基板3との間に形成される隙間20は、そこに水蒸気等が浸入するのを防止するために封止材22によって封止されている。
The
次に、インクジェットヘッド1の動作について説明する。図2に示すように、キャビティ基板2の共通電極端子21と個別電極18の電極端子部18Aには駆動回路25が接続されている。駆動回路25によりキャビティ基板2の振動板12と個別電極18との間にパルス電圧が印加されると、それらの間に静電力(クーロン力)が発生し、図3に示すように、振動板12が個別電極18側に吸引されて変形し、その大部分が個別電極18に当接する。振動板12の個別電極18への当接は、それらの間の隙間20の狭い、振動板12の長手方向の両端部と中間部から起こり始めて、その隙間20の広い振動板12の長手方向の両端部と中間部との間の中心部に向かって順次進んで行き、最後にその隙間20の最も広い上記中心部が当接する。振動板12のこのような連続的な変形に応じて、ノズル8部分やリザーバ14に溜まっていた吐出液が圧力室13に流れ込む。そして、キャビティ基板2と個別電極18間の印加電圧が取り除かれると、吸引力がなくなるため振動板12が元の状態に戻る。この振動板12の戻りの態様は、振動板12が個別電極18に当接する場合とは逆に、上記中心部から振動板12の長手方向の両端部及び中間部に向かって順次進んで行く。これによって圧力室13内部の圧力が高くなって、ノズル8からインクが吐出される。
Next, the operation of the
振動板12と個別電極18間に発生する静電力は、振動板12と個別電極18との距離(隙間20に対応)の2乗に反比例して大きくなる。そのため、図3に示おいて、振動板12は隙間20の狭い部分の個別電極182,187,192から個別電極18に順次当接して行き、最後に隙間20の最も広い中心部分の個別電極184,190に当接する。その際、圧力室13内のインクは、振動板12の動作に従い、図3に示す矢印の方向にそれぞれ移動する。
このインクジェットヘッド1では、圧力室13の長手方向の中間部及び両端部(ノズル8連通側とリザーバ14連通側)の隙間20の幅が最も狭く、そこから上記中間部と上記両端部との間の中心部に向かって、隙間20の幅が広くなる構成となっている。そのため、圧力室13内のインクは振動板12の個別電極18への当接による圧力室13の拡大により、ノズル8側とリザーバ14側から中央に向かって移動すると共に、圧力室13中央部分のインクもそれぞれノズル8側とリザーバ14側に向かって移動する。その後、振動板12と個別電極18の電位を同電位にして、それらの部分の電荷を放電すると、振動板12は隙間20の最も幅広の部分から幅狭の部分への順番で個別電極18から順次離脱する。これにより、圧力室13内のインクは図中の矢印とは逆方向に移動して振動し、その圧力変動によりノズル8からインクの吐出が行われる。インク吐出後、圧力室13内のインクは、残留振動が減衰しながら、メニスカスの復元力により、オリフィス15を介してリザーバ14からインクが供給されて静定する。
The electrostatic force generated between the
In this
図4は上述のインクジェトヘッド1における圧力室13内のインクの挙動について説明するための図であり、インク流路のパラメータ、特に質量成分であるイナータンスの説明に関する図である。圧力室13におけるイナータンスは、圧力室13内の流路断面積、流路長さ、及びインクの密度により決まる。ここでは、圧力室13を、(1)ノズル8連通側〜個別電極18の最深部184に対応する部分、(2)個別電極18の最深部184に対応する部分〜圧力室13の長手方向の中間部、(3)圧力室13の長手方向の中間部〜個別電極18の最深部190に対応する部分、及び(4)個別電極18の最深部190に対応する部分〜リザーバ14連通側、の4つの部分に分割して考える。
FIG. 4 is a diagram for explaining the behavior of ink in the
吸引力による振動板12の変化に従い、これら各部分のインクは、おのおの図3で示される矢印方向に動き、その時の流体としてのインクの動的な抵抗(加速度)は、それぞれの部分のイナータンスM1、M2、M3、M4によって決まる。
インク吐出に最も寄与する圧力室13のノズル8側でのインクの振動は、M1と、それ以外のイナータンスにより決まる。この時、振動板12と個別電極18から構成される静電アクチュエータに負荷として寄与するイナータンスMn1は、以下の式で示される。
Mn1={1/M1+1/(M2+M3+M4)}-1
電極基板3の電極形成用溝19は、各イナータンスが、M=M1=M2=M3=M4となるように、その深さを決めて設定されているので、結局、Mn1は以下の値となる。
Mn1=3/4・M
According to the change of the
Ink vibration on the
Mn1 = {1 /
The
Mn1 = 3/4 ・ M
一方、圧力室13の長手方向の隙間20の幅を一定にした従来の構成の場合には、イナータンスMnは、以下の式で示される。
Mn={1/(M1+M2)+1/(M3+M4)}-1
従来の例においても、2M=M1+M2=M3+M4となるように、同一の圧力室13に対する振動板12と個別電極18との間の隙間20に関して、最深部の位置を決めて設定することができ、その場合のMnは以下の値となる。
Mn=M
ただし、この時の圧力室13内でのインクの主な流れは、イナータンスがM1+M2のノズル8連通側と、M3+M4のリザーバ14連通側(オリフィス15側)との2つとなる。
On the other hand, in the case of the conventional configuration in which the width of the
Mn = {1 / (M1 + M2) + 1 / (M3 + M4)} -1
Also in the conventional example, the position of the deepest part is determined and set with respect to the
Mn = M
However, there are two main ink flows in the
すなわち、本実施形態の静電アクチュエータに負荷として寄与するイナータンスMn1は、従来の値Mnに対して、
Mn1=3/4・Mn
となる。従って、従来の例に示されるような流路全体を一度に駆動する形式の静電アクチュエータよりも、本発明のように、圧力室13底面の振動板12と個別電極18とで形成される隙間20を、圧力室13の長手方向の中間部を中心にその左側と右側でそれぞれ階段状の段差を有するように形成することで、振動板12を利用してのインク駆動がより小さな動的負荷で可能となり、同一のインク容積(排除体積)であれば、より速い駆動やより低電圧での駆動が可能となることがわかる。
That is, the inertance Mn1 that contributes to the electrostatic actuator of the present embodiment as a load is compared to the conventional value Mn.
Mn1 = 3/4 ・ Mn
It becomes. Therefore, the gap formed by the
また、上記インクジェットヘッド1は、インクの駆動の動的負荷が小さいため、振動板12の吸引時のメニスカスの引き込みの応答性が高まり、同一の駆動電圧や時間であれば、振動板12のより大きな変位や、圧力室13内でより大きなインクの振動振幅を生じさせることができ、結果としてノズル8からのインクの吐出量の制御が可能となる。インク吐出量の制御は、駆動の高い応答性により、充電の速度を制御して行う。例えば、急速な充電により高速に振動板12を吸引して微小なインクを吐出し、緩やかな充電により振動板12を緩やかに吸引して多量のインク吐出が可能となる。
Further, since the
このように、上記インクジェットヘッド1によれば、振動板12が個別電極18に当接する際の負荷を小さくして、振動板12を素早く個別電極18に吸引することができるので、駆動電圧を低電圧化したり、応答性を損なうことなくインク吐出量を増やして、ヘッドの吐出能力を向上できる。その結果、これを利用した印刷装置の高速化や高性能化が図れる。しかも、これらの駆動を実現するための余計な配線や複雑な制御を必要とせず容易に実現できる。
As described above, according to the
ところで、個別電極18の階段状の隣り合う段差は、圧力室13の長手方向の中間部と両端部とのそれぞれの間において、それぞれの間の中心部に行くに従って順次小さくなっていることが好ましい。このようにすることで、圧力室13の長手方向の中間部及び両端部からそれらの間の中心部へ向かって、振動板12が連続的になめらかに当接できるようになり、従ってインクの挙動及び吐出に関する制御がより容易になるからである。
By the way, it is preferable that the stepped adjacent steps of the
また、圧力室13の長手方向の中間部とノズル8連通側の長手方向端部との間の隙間20の最大距離を、上記中間部とリザーバ14連通側の長手方向端部との間の隙間20の最大距離より大きくしていることが好ましい。このようにして、圧力室13のノズル8側での振動板12の変形量が大きく取れるようにしておくことで、ノズル8部分のインクのメニスカスの引き込みに合わせた駆動制御が行い易くなるからである。
Further, the maximum distance of the
なお、図5に示すように、電極基板3の電極形成用溝19を、これまでの例のように階段状ではなく、連続的な傾斜面に形成しそこに一様な厚さの個別電極18を形成した場合には、吸引力による振動板12の変化がより滑らかに行われるため、インクの挙動や吐出量をさらに制御し易くすることができる。
As shown in FIG. 5, the
次に、実施の形態1に示したインクジェットヘッド1の製造方法に一例を図6〜図9に基づいて簡単に説明しておく。なお、以下の説明では、これまで用いてきた符号をつけて各部材及び各要素を説明する。
図7は電極基板3の製造工程の一例を示すフローチャートである。電極基板3は、ホウ珪酸ガラス等のガラス基板(これも符号3で表す)に、ウェットエッチングに対する保護膜となるクロムをスパッタで成膜する(S1)。次に、フォトリソなどを利用して電極形成用溝19が形成できるようにパターニングし、所定部位のクロムを除去する(S2)。その後、ガラス基板3をウェットエッチングして、クロムの除去部分に電極形成用溝19を形成する(S3)。このS2〜S3の工程では、図6の(a)〜(g)に示したように、ガラス基板3上のクロム31の所定部位32の除去と、電極形成用溝19のエッチングをそれぞれ複数回繰り返すことで、階段状に多段となった電極形成用溝19を形成する事ができる。
なお、図6では、図2に示した電極形成用溝19の一部だけしか示していないが、電極形成用溝19は、圧力室13の長手方向の中間部と両端部とのそれぞれの間に対応する部分において、同時進行による加工により形成することができる。
Next, an example of the method for manufacturing the
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the manufacturing process of the
In FIG. 6, only a part of the
続いて、クロムを剥離して除去した後(S4)、電極形成用溝19が形成された側のガラス基板3の表面全体に、後に個別電極となるITOをスパッタで成膜する(S5)。さらに、ガラス基板3のITOをパターニングして、電極形成用溝19内の個別電極18(リード部や電極端子部を含む)だけを残して、残りのITOを除去する(S6)。最後に、インク供給口17Bとなるガラス穴加工を行い(S7)、電極基板3が完成する(S8)。
なお、図5で示したインクジェットヘッドの電極基板は、S2〜S3の工程で、図6の(a)〜(g)に示したような、クロム31の所定部位32の除去と、電極形成用溝19のエッチングをそれぞれ多数繰り返すことで、段差を有してはいるが曲面に近似した凹形状の電極形成用溝19を形成する事ができる。
Subsequently, after removing and removing chromium (S4), an ITO film to be an individual electrode later is formed on the entire surface of the
In addition, the electrode substrate of the inkjet head shown in FIG. 5 is used for the removal of the
図8はキャビティ基板2の製造工程の一例を示すフローチャートである。まず、シリコン基板(これも符号2で表す)の片側面に、ボロンをドープするボロン拡散処理を行う(S11)。続いて、そのシリコン基板2を熱処理してその両面にSiO2 の熱酸化膜を形成する(S12)。この熱酸化膜はシリコン基板2をエッチングする際のハードマスクとなるものである。続いて、熱酸化膜をパターニングして、圧力室13、リザーバ14などとなる部分の熱酸化膜を除去する(S13)。その後、シリコン基板2をKOH液でエッチングして、圧力室13、リザーバ14などとなる凹部を形成する(S14)。この場合、ボロンがドープされた部分では、ボロンドープ層がエッチングストップ層として作用しKOH液によるエッチングが停止する。したがってそのボロンドープ層が圧力室13の底壁、すなわち振動板12となる。最後に、シリコン基板2上に残っている熱酸化膜を一旦除去した後、再度、熱酸化膜(又はTEOS酸化膜)をシリコン基板2の両面に形成する(S15)。その酸化膜は、圧力室13及びリザーバ14側ではインク保護膜として作用し、その反対側面では絶縁膜として作用する。これらにより、インクの流路を構成するキャビティが形成されたキャビティ基板2が完成する(S16)。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the manufacturing process of the
図9はインクジェットヘッドの組立工程の一例を示すフローチャートである。図7のようにして製作した電極基板3と、図8のようにして製作したキャビティ基板2とを陽極接合等により積層する(S21)。そして、それらの積層により形成された個別電極18と振動板12との間の隙間20を封止材22で封止する(S22)。その後、キャビティ基板2にノズル基板4を接着接合する(S23)。さらに、シリコンのウェハ単位で製造されてきたキャビティ基板2、電極基板3及びノズル基板4からなる積層基板を所定の単位毎に切断する(S24)。その後、電極基板3の電極端子部18A及びキャビティ基板2の共通電極端子21に、ケーブル付き端子(FPC)を装着することで(S25)、インクジェットヘッド1の基本形が完成する(S26)。
なお、図7のようにして形成した電極基板3に、キャビティ形成前のシリコン基板2を陽極接合してから、図8に準じてシリコン基板2にキャビティを形成する加工を施し、そのキャビティ基板2と電極基板3との積層体に、ノズル基板4を接合するようにしてインクジェットヘッド1を製造しても良い。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the assembly process of the inkjet head. The
It should be noted that the
実施の形態2
図10は本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド1を備えた実施形態2に係るインクジェットプリンタを示したものある。既に説明したように、インクジェットヘッド1は駆動電圧を低くして液滴の吐出量を十分にできるため、それを利用したプリンタ100も、低消費電力でインク吐出量を多くできる。また、振動板12の駆動速度も早くなっているため、印字速度も速い。従って、プリンタ100は印刷性能に優れたものとなっている。
なお、本発明の液滴吐出ヘッドは、インクを吐出させる以外にも、各種の液体または溶液、例えば、カラーフィルタのフィルタ材を含んだ溶液、有機EL表示装置の発光材を含んだ溶液、電気配線材料を含んだ溶液、生体液体等、各種液滴の吐出装置としても利用できる。
FIG. 10 shows an ink jet printer according to a second embodiment provided with an
In addition to ejecting ink, the liquid droplet ejection head of the present invention is not limited to various liquids or solutions, for example, a solution containing a filter material for a color filter, a solution containing a light emitting material for an organic EL display device, It can also be used as a discharge device for various droplets such as a solution containing a wiring material and a biological liquid.
1 インクジェットヘッド、2 キャビティ基板、3 電極基板、4 ノズル基板、6 第1のノズル孔、7 第2のノズル孔、8 ノズル、12 振動板、13 圧力室、14 リザーバ、15 オリフィス、17A,17B インク供給口、18 個別電極、18A 電極端子部、19 電極形成用溝、20 隙間、21 共通電極端子、22 封止材、25 駆動回路、100 プリンタ、181〜193 各段差部の個別電極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
底面が静電力で変形可能な横長形状の振動板に形成されている圧力室を有し、前記圧力室の長手方向の一端側が前記ノズル基板の前記ノズルに連通し、前記長手方向の他端側が吐出液を貯えるリザーバに連通したキャビティ基板と、
個別電極を有し、前記個別電極が前記振動板に隙間を介して対向配置された電極基板とを備え、
前記振動板と前記個別電極との隙間は、前記圧力室の長手方向の中間部と両端部とのそれぞれの間において、それぞれの間の中心部に行くに従って順次広くなっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle substrate having a nozzle;
The bottom surface has a pressure chamber formed in an oblong diaphragm that can be deformed by electrostatic force, one end side in the longitudinal direction of the pressure chamber communicates with the nozzle of the nozzle substrate, and the other end side in the longitudinal direction is A cavity substrate in communication with a reservoir for storing the discharge liquid;
An electrode substrate having an individual electrode, wherein the individual electrode is disposed to face the diaphragm with a gap,
The gap between the diaphragm and the individual electrode is gradually widened between the middle portion and both end portions in the longitudinal direction of the pressure chamber as it goes to the central portion between them. Droplet discharge head.
Priority Applications (1)
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